CN106470722B - 麻醉柔性容积系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本文描述了一种用于将液体加压的系统。该系统可包括液体储器和联接至液体储器的泵，泵从液体储器抽取液体。联接至泵的柔性容积从泵接收液体。柔性容积由弹性材料构成以升高液体的压力。联接至柔性容积的阀从柔性容积接收加压液体。

Description

麻醉柔性容积系统和方法
背景
麻醉可以气体的形式给予患者以产生诸如疼痛管理、无意识、防止记忆形成和/或麻痹的效果。给予的麻醉剂的预先确定的剂量可吸入到患者的肺中以产生这些效果中的一种或多种。
麻醉系统可包括与蒸发器系统联接的麻醉机。常规蒸发器系统以气相调节麻醉剂量。更确切地，一些常规蒸发器系统将麻醉剂的温度升高至其蒸发点且然后调节输送的麻醉气体的浓度，使得输出浓度维持在预先选择的目标浓度处。
一些蒸发器系统的一个问题在于，可能需要联接至蒸发器的阀来将改变流率的麻醉液体输送至蒸发器。在一些情况下，当与具有较小范围的液体流的阀相比时，具有较大范围的液体流能力的阀可相对昂贵。
简要描述
一个实施例涉及一种用于将液体加压和降压的系统。该系统包括液体储器和联接至液体储器的泵。泵构造成从液体储器抽取液体且将液体返回至液体储器。联接至泵的柔性容积构造成从泵接收液体且将液体返回至泵。柔性容积由弹性材料构成以在其容积增大时升高液体的压力。该系统包括联接至柔性容积的阀。阀构造成从柔性容积接收加压液体。
另一个实施例涉及一种用于将液体加压的方法。该方法包括由泵从液体储器抽取液体。该方法还包括在联接至泵的柔性容积处从泵接收液体。液体的压力基于柔性容积的弹回性而升高。该方法包括在联接至柔性容积的阀处从柔性容积接收加压液体。
还有另一个实施例涉及麻醉蒸发器装置。麻醉蒸发器装置包括液体储器和联接至液体储器的泵。泵构造成从液体储器抽取液体。麻醉蒸发器装置包括联接至泵的柔性容积以从泵接收液体。柔性容积由弹性材料构成以升高液体的压力。麻醉蒸发器装置包括联接至柔性容积的阀以从柔性容积接收加压液体。麻醉蒸发器装置包括联接至阀的蒸发器以从阀接收加压液体。
附图的简要描述
本技术从结合附图的以下详细描述将变得被更加全面地理解，附图中相似的参考标号表示相似的部分，其中：
图1是示出了根据实施例在麻醉输送环境中使用的蒸发器系统的示意图；
图2是示出了根据实施例的蒸发器系统的示意图；
图3示出了包括泵和柔性容积的蒸发器系统的一部分；且
图4是示出了用于将液体加压的方法的框图。
详细描述
在以下详细描述中，对附图进行了参照，附图形成其一部分且可实践的特定实施例通过说明在其中示出。这些实施例足够详细地描述以使本领域的技术人员能够实践实施例，且将理解的是，可使用其它实施例，且可作出逻辑、机械、电气和其它修改而不脱离实施例的范围。因此，以下详细描述将不视为限制本发明的范围。
如上文所论述，可能需要联接至蒸发器的阀以输送变化流率的麻醉液体至蒸发器。在本文论述的实施例中，泵联接至柔性容积。柔性容积可由有弹性的和/或弹性材料构成。当迫使液体进入柔性容积中时，由于柔性容积膨胀的增大的反力，液体的压力升高。当液体从柔性容积移除时，由于柔性容积归因于收缩的减小的反力，液体的压力降低。加压液体然后提供至联接至柔性容积的阀且然后至蒸发器。
如本文指出的有弹性的材料是在弯曲、伸展或压缩之后能够弹回或回弹成形状的材料。如本文指出的弹性材料是在容积增加时产生增大的反力且在容积减少时产生减小的反力的材料。
至少一个实施例的技术效果包括扩展的流量范围。例如，由于在联接至柔性容积时阀的液体流量范围的增加，阀可具有相对较小的流量范围，而不是需要在固定输入压力下具有较大液体流量范围的阀。在一些情形下，阀的液体流量范围可通过与柔性容积相关联而有效地增加，阀从该柔性容积接收加压液体。
在图1中，麻醉系统100根据一个实施例示意性绘出。麻醉系统100包括麻醉机102、多个气体存储器件104a、104b和104c以及蒸发器系统103。蒸发器系统103包括柔性容积105。如在下文中更加详细地论述的那样，柔性容积105将液体(诸如麻醉液体)加压和降压。
麻醉机102为了说明目的而示出，且应了解的是，其它类型的麻醉机可备选地实施。在典型医院环境中，气体存储器件104a、104b和104c是集中定位的存储罐，其构造成将医疗气体供应至多个麻醉机和多个病房。存储罐大体上加压以助于将医疗气体传输至麻醉机102。
气体存储器件104a、104b和104c然后将描述为分别包括空气罐104a、氧气(O2)罐104b和氧化亚氮(N2O)罐104c；然而，应了解的是，其它存储器件和其它类型的气体可备选地实施。气体存储罐104a、104b和104c各自分别连接至气体混合器108的气体选择器阀106a、106b和106c中的一者。气体选择器阀106a、106b和106c可实施成在麻醉机102不操作时关闭来自存储罐104a、104b和104c的医疗气体的流。当气体选择器阀106a、106b和106c中的一者打开时，来自相应存储罐104a、104b和104c的气体在压力下传输至麻醉机102。
麻醉机102包括适于从存储罐104a、104b和104c接收医疗气体的气体混合器108。气体混合器108包括多个控制阀110a、110b和110c，它们分别连接至气体选择器阀106a、106b和106c中的一者。气体混合器108还包括多个流量传感器112a、112b和112c，它们各自布置在相应控制阀110a、110b和110c的下游。在穿过控制阀110a、110b和110c中的一者且经过流量传感器112a、112b和112c中的一者之后，各种气体(即，空气、O2和N2O)组合以在载气出口114处形成载气。
控制阀110a、110b和110c和流量传感器112a、112b和112c各自连接至控制器116。控制器116构造成响应来自流量传感器112a、112b和112c的气体流率反馈来操作控制阀110a、110b和110c。因此，控制器116可实施成维持各种气体(即，空气、O2和N2O)的可选择的流率，使得在载气出口114处的载气包括可选择比率的空气、O2和N2O。
载气流至气动回路118。蒸发器系统103将麻醉蒸汽引入到气动回路118中。相对于蒸发器系统103布置在上游的气动回路118内的气体排他地包括载气。相对于蒸发器系统103布置在下游的气动回路118内的气体包括载气和麻醉蒸汽的混合物且因此称作混合气体。混合气体通过呼吸系统126输送至患者124。虽然蒸发器系统103示意性地描绘成麻醉系统100的单独构件，但应了解的是，其可备选地结合到麻醉机102的设计中。
图1的框图不意在指出麻醉系统100在每种情况下包括图1中所示的全部构件。此外，图1中未示出的任何数目的额外或备选构件可包括在麻醉系统100中，这取决于特定实施的细节。
图2是示出了根据实施例的蒸发器系统的示意图。包括柔性容积105的蒸发器系统103在图2中示意性地示出。蒸发器系统103可包括控制器202、液体储器204、泵206、阀208、蒸发器210、载气传感器212和/或混合气体传感器214。在图2中，点线可表示构件之间的通信，虚线可表示构件之间的气体流，且实线可表示构件之间的液体流。
控制器202可操作地连接至用户输入216、液体储器204、泵206、阀208、蒸发器210、载气传感器212和混合气体传感器214且适于从它们接收输入信号。用户输入216可包括适于促进信息的传输的任何器件，诸如，例如键盘、鼠标、触摸屏、拨号盘、跟踪球、语音识别器件等。根据一个实施例，控制器202可包括计算机。
液体储器204适于保持麻醉液体。根据一个实施例，麻醉液体可包括地氟醚；然而，其它麻醉剂可以作为备选实施。本领域的技术人员将了解的是，地氟醚在1个大气压下具有23.5摄氏度的沸点，使得其可在室温下或其附近蒸发。因此可期望的是实施热调节系统和/或压力调节系统以将麻醉剂维持在其液相直到提供至蒸发器210。诸如在各种构件(诸如液体储器204、泵206、柔性容积105、阀208和/或蒸发器210)处的温度、压力、液体水平的操作条件可感测且传达至控制器202。
泵206构造成从液体储器204抽取麻醉液体且将麻醉液体返回至液体储器204。泵206可包括多种不同类型的泵，诸如，例如螺线管驱动的微流体泵或压电微流体泵。在一些实施例中，泵206可为蠕动泵。如在下文更加详细地论述的那样，蠕动泵在泵不启用时可显著防止液体在任一方向上的流动。因此，在一些情形下，蒸发器系统103除泵206之外可不需要安全关闭机构。
泵206可具有在预先限定的范围内可调节的可变频率，以调节与柔性容积105的麻醉液体的体积交换(volumetric exchange)。本领域的技术人员将了解的是，泵206的频率是泵的操作速度的测量，其可测量成每秒的振荡循环。泵206可具有在预先限定的范围内可调节的可变工作循环，以调节与柔性容积105的麻醉液体的体积交换。本领域的技术人员将了解的是，泵206的工作循环是泵在较长时间段期间的启用时间的测量，其可测量成百分数。泵206可具有在预先限定的范围内可调节的可变驱动水平，以调节与柔性容积105的麻醉液体的体积交换。本领域的技术人员将了解的是，泵206的驱动水平是泵的激励幅值的测量，其可测量成伏特或安培。泵206可具有在预先限定的范围内可调节的可变行程长度，以调节与柔性容积105的麻醉液体的体积交换。本领域的技术人员将了解的是，泵206的行程长度是泵的操作机构(例如，隔膜或活塞)的机械偏转的测量。泵206可具有向前和相反操作的模式以调节与柔性容积105的麻醉液体的体积交换的方向。此外，单向阀(未示出)可沿液体流通道结合至泵206以将麻醉液体仅朝患者引导，且防止朝液体储器204的逆行流。
柔性容积105可由有弹性的和/或弹性材料形成。柔性容积105能够循环地接受和放出液体。如在下文更加详细地论述的那样，柔性容积105在膨胀时表现出增大的反力，由于容积增加而产生升高的液体压力。相反地，柔性容积105在收缩时表现出减小的反力，由于容积移除而产生降低的液体压力。在一些情形下，柔性容积105中的膨胀或收缩和导致的液体压力的变化可为泵206的一个或多个因素的结果。因素包括泵循环的频率、工作循环、驱动水平、泵的行程长度、操作的模式或上述任何组合。
阀208可选择性地在打开位置或模式中操作，其中麻醉液体可从柔性容积105传输至蒸发器210。阀208可选择性地在关闭位置或模式中操作，其中麻醉液体被阻止从柔性容积105传输至蒸发器210。控制器202可实施成选择阀208的操作模式。作为示例，控制器202可调节阀208的操作，使得麻醉液体传送至蒸发器210以用于响应来自用户输入216的命令而输送至患者(诸如图1的患者124)。
蒸发器210适于将来自阀208的麻醉液体转变成麻醉蒸汽。蒸发器210可包括热源(未示出)，热源适于升高麻醉液体的温度且从而有助于其转变成麻醉蒸汽。例如，热源可包括加热电阻丝、筒形加热器、珀耳帖器件、烧结加热器(sintered heater)或被动加热系统(诸如包括热管的系统)。来自蒸发器210的麻醉蒸汽输送至入口122且然后与载气混合以形成混合气体。在备选实施例中，载气可直接地供应至蒸发器210以助于麻醉液体的蒸发，且改进混合和传送麻醉蒸汽以形成混合气体的效率。
载气传感器212和混合气体传感器214可包括适于测量流体的特性特征的已知器件。对于本公开的目的，用语流体应限定成包括在施加的剪切应力下连续地变形的任何无定形物质，且因此可包括液体和气体两者。
根据一个实施例，载气传感器212适于测量流体流率，且混合气体传感器214构造成测量麻醉蒸汽浓度。在另一实施例中，载气传感器212和混合气体传感器214两者都构造成测量流体流率，且流体流率的对比提供蒸发器210的测量的浓度输出，和将由泵206输送以达到麻醉蒸发器210的浓度输出的麻醉液体的量。在还有另一个实施例中，麻醉蒸汽浓度可直接地由构造成检测麻醉蒸汽的浓度的传感器214测量。测量麻醉液体的蒸汽浓度的已知技术包括但不限于红外、超声、质谱分析和激光折射技术。麻醉蒸汽浓度也可基于来自传感器212和214的反馈来测量，传感器212和214分别构造成估计载气和混合气体的任何物理性质(例如，气体密度)。结合测得的麻醉蒸汽浓度和用户输入216浓度的反馈控制系统可构造成调节泵206的操作以达到用户设置蒸发器输出浓度且/或调节泵206的操作。
已经描述了蒸发器系统103的示例性构件，蒸发器系统103的操作现在将根据实施例来描述。控制器202可适于接收来自用户输入216的麻醉剂的目标剂量或浓度。当收到用户要求的目标浓度时，控制器202可引导泵206从液体储器204抽取麻醉液体。控制器202然后可通过上文论述的泵因素来调节泵206，来以适于达到基于用户要求的麻醉剂的目标剂量或浓度的给定液体压力的方式输送麻醉液体流率至柔性容积105。加压麻醉液体可然后提供至阀208。
在实施例中，至阀208的输入压力可由柔性容积105改变，从而扩展阀208的流量范围。由于具有较大液体流量范围的阀相比于带有较小液体流量范围的阀可更昂贵，制造蒸发器系统103的成本可通过联接至阀208的柔性容积105的使用降低。此外，因为加压出现在柔性容积105处，液体储器204可不加压。当与构造成将加压液体提供至泵206的液体储器相比时，不加压液体储器可相对不昂贵。以此方式，蒸发器系统103的总体成本可降低。
加压麻醉液体从阀208提供至蒸发器210，且麻醉液体由蒸发器210转变成麻醉蒸汽。麻醉蒸汽然后与载气混合以形成混合气体。包括用户选择的麻醉蒸汽的目标浓度的混合气体然后可输送至在上文关于图1论述的患者124。
如上文所论述，控制器202可适于基于来自载气传感器212和/或混合气体传感器214的反馈操作阀208和泵206。作为示例，控制器202可基于载气流率(如由载气传感器212测量)和/或混合气体流率(如由混合气体传感器214测量)操作阀208和泵206以调节麻醉液体的流输送和/或加压。作为另一个示例，控制器202可基于混合气体中麻醉蒸汽的测得的浓度(如由混合气体传感器214测量)调节麻醉液体的流输送和/或加压。
在一些情形下，控制器202可接收与诸如来自传感器212的载气流率、用户输入216、来自传感器214的混合气体浓度和来自柔性容积105的压力反馈的变量相关的信息。基于接收的信息，控制器202可执行操作，诸如泵的调节操作、阀的调节操作等。
图3示出了包括泵和柔性容积的蒸发器系统的一部分。在图3中示出的示例中，图2的泵206是蠕动泵，在302处指出。柔性容积105是金属波纹管，在304处指出。在此情形下，蠕动泵302可从液体储器204抽取液体或将液体返回至液体储器204，且将液体提供至金属波纹管304或从金属波纹管304抽取液体。当停用或关闭时，蠕动泵302可显著防止液体在任一方向上的流动。因此，在一些实施例中，可不需要提供类似功能的外部安全机构。当由蠕动泵302提供至金属波纹管304的累积的液体体积增大时，金属波纹管304的弹性反力可增大，从而升高提供至蒸发器系统的阀(诸如上文关于图2论述的蒸发器系统103中的阀208)的液体的压力。当由蠕动泵302从金属波纹管304抽取的累积的液体体积增大时，金属波纹管304的弹性反力可减小，从而降低提供至蒸发器系统的阀(诸如上文关于图2论述的蒸发器系统103中的阀208)的液体的压力。如上文关于图2的泵206所论述的那样，蠕动泵302的操作的多个因素可影响由金属波纹管304施加至液体的加压，诸如频率、工作循环、驱动水平、行程长度、向前或相反的操作模式等。
在一些实施例中，一个或多个传感器306可包括作为金属波纹管304的一部分或连接至金属波纹管304。例如，金属波纹管304可结合压力传感器、应变传感器、位移传感器等。与金属波纹管304结合的传感器306可提供关于与金属波纹管和蒸发器系统(大体上诸如上文关于图1和图2论述的蒸发器系统)相关联的各种条件的反馈。
图4是示出了用于将液体加压和降压的方法的框图。在方框402处，液体由泵从液体储器抽取。在方框404处，液体在柔性容积处从泵接收。柔性容积构造成有弹性的和/或弹性的，具有对膨胀的反力。当液体在柔性容积处接收时，取决于接收的液体的体积，液体的压力基于对柔性容积的膨胀的反力而增加，如在方框406处指出的那样。加压液体在联接至柔性容积的阀处接收，如在方框408处指出的那样。
在实施例中，方法400包括在联接至阀的蒸发器处从阀接收加压液体。提供至蒸发器的液体的特定加压可取决于提供至患者的麻醉蒸汽的剂量和/或期望的浓度，如上文关于图2论述的那样。
在柔性容积处接收液体可包括在柔性容积的入口端口处从泵接收液体，且将加压液体从柔性容积的出口端口提供至阀。换句话说，在实施例中，柔性容积在泵的下游，而不是泵的集成构件。
此外，方法400可包括液体的降压。例如，在柔性容积中加压的液体可基于提供至患者的麻醉蒸汽的给定剂量和/或期望的浓度而降压，如上文关于图2论述的那样。
在一些实施例中，阀的压力范围小于柔性容积的压力范围。如上文关于图2论述的那样，柔性容积可有效地增加蒸发器系统103的液体流量范围，而不一定使用自身具有增加的液体流量范围的阀。
虽然实施例在本文中相对于在医疗领域中使用的蒸发系统描述，但对蒸发系统的参照可宽泛地解释。此外，本领域的技术人员将认识到本技术可应用于许多不同的结构、组织或过程。
虽然详细的附图和给定的特定示例描述了特定实施例，但它们仅用作说明的目的。示出和描述的系统和方法不限于本文提供的确切细节和条件。相反，在不脱离所附权利要求中表达的本技术的精神的情况下，任何数目的替代、修改、变化和/或省略可在本文描述的实施例的设计、操作条件和配置中作出。
此书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使任何本领域的技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何包含的方法。本发明可申请专利的范围由权利要求限定，并且可包括本领域的技术人员想到的其它示例。如果这些其它示例具有不与权利要求的字面语言不同的结构要素，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质差异的等同结构要素，则意在使这些其它示例处于权利要求的范围内。

Claims (20)

1.一种用于将麻醉液体加压的麻醉柔性容积系统，包括：
麻醉液体储器；
泵，其联接至所述麻醉液体储器，所述泵用以从所述麻醉液体储器抽取麻醉液体；
柔性容积，其联接至所述泵以从泵接收麻醉液体，所述柔性容积由弹性材料构成以在所述柔性容积的容积增大时升高所述麻醉液体的压力；以及
阀，其联接至所述柔性容积以从所述柔性容积接收加压麻醉液体。
2.根据权利要求1所述的麻醉柔性容积系统，其特征在于，所述柔性容积在所述柔性容积的容积减小时降低所述麻醉液体的压力。
3.根据权利要求1所述的麻醉柔性容积系统，其特征在于，所述柔性容积包括：
入口端口，用以从所述泵接收麻醉液体；和
出口端口，用以将加压麻醉液体提供至所述阀。
4.根据权利要求1所述的麻醉柔性容积系统，其特征在于，至所述阀的入口压力由所述柔性容积改变，使得所述阀的流率范围增加。
5.根据权利要求4所述的麻醉柔性容积系统，其特征在于，所述麻醉柔性容积系统还包括联接至所述阀的蒸发器以从所述阀接收所述麻醉液体，其中所述麻醉液体的流率部分地基于所述柔性容积的弹回性。
6.根据权利要求1所述的麻醉柔性容积系统，其特征在于，所述柔性容积包括弹性地可变形的波纹管。
7.根据权利要求1所述的麻醉柔性容积系统，其特征在于，所述加压液体的压力部分地取决于所述泵的因素，所述因素包括：
泵循环的频率；
工作循环；
驱动水平；
所述泵的行程长度；
所述泵的操作模式；或
上述泵的因素的任何组合。
8.根据权利要求1所述的麻醉柔性容积系统，其特征在于，所述泵构造成将液体提供至所述柔性容积且从所述柔性容积抽取液体。
9.一种用于将麻醉液体加压的麻醉柔性容积方法，包括：
由泵从麻醉液体储器抽取麻醉液体；
在联接至所述泵的柔性容积处从泵接收麻醉液体；
基于所述柔性容积的弹回性而升高所述麻醉液体的压力；以及
在联接至所述柔性容积的阀处从所述柔性容积接收加压麻醉液体。
10.根据权利要求9所述的麻醉柔性容积方法，其特征在于，所述方法还包括在联接至所述阀的蒸发器处从所述阀接收所述麻醉液体。
11.根据权利要求9所述的麻醉柔性容积方法，其特征在于，在所述柔性容积处接收麻醉液体包括：
在所述柔性容积的入口端口处从所述泵接收麻醉液体；和
将加压麻醉液体从所述柔性容积的出口端口提供至所述阀。
12.根据权利要求9所述的麻醉柔性容积方法，其特征在于，至所述阀的入口压力由所述柔性容积改变，使得所述阀的流率范围增加。
13.根据权利要求12所述的麻醉柔性容积方法，其特征在于，所述方法还包括在联接至用以接收的阀的蒸发器处从所述阀接收所述麻醉液体，其中所述麻醉液体的流率基于所述柔性容积的弹回性。
14.根据权利要求9所述的麻醉柔性容积方法，其特征在于，所述加压麻醉液体的压力部分地取决于所述泵的因素，所述因素包括：
泵循环的频率；
工作循环；
驱动水平；
所述泵的行程长度；
所述泵的操作模式；或
上述泵的因素的任何组合。
15.一种麻醉蒸发器装置，包括：
麻醉液体储器；
泵，其联接至所述麻醉液体储器，所述泵用以从所述麻醉液体储器抽取麻醉液体；
柔性容积，其联接至所述泵以从所述泵接收麻醉液体，所述柔性容积由有弹性的材料构成以升高所述麻醉液体的压力；
阀，其联接至所述柔性容积以从所述柔性容积接收加压麻醉液体；以及
蒸发器，其联接至所述阀以从所述阀接收所述麻醉液体。
16.根据权利要求15所述的麻醉蒸发器装置，其特征在于，所述泵包括关闭位置以大致防止麻醉液体从所述麻醉液体储器抽取或滑回到所述麻醉液体储器。
17.根据权利要求15所述的麻醉蒸发器装置，其特征在于，至所述阀的入口压力由所述柔性容积改变，使得所述阀的流率范围增加。
18.根据权利要求15所述的麻醉蒸发器装置，其特征在于，所述柔性容积包括弹性地可变形的波纹管。
19.根据权利要求15所述的麻醉蒸发器装置，其特征在于，所述加压麻醉液体的压力部分地取决于所述泵的因素，所述因素包括：
泵循环的频率；
工作循环；
驱动水平；
所述泵的行程长度；
所述泵的操作模式；或
上述泵的因素的任何组合。
20.根据权利要求15所述的麻醉蒸发器装置，其特征在于，所述泵构造成将液体提供至所述柔性容积且从所述柔性容积抽取麻醉液体。
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